JP4979429B2

JP4979429B2 - 真空バルブ

Info

Publication number: JP4979429B2
Application number: JP2007077403A
Authority: JP
Inventors: ガイゼルフリードリッヒ
Original assignee: バットホールディングアーゲー
Priority date: 2006-03-31
Filing date: 2007-03-23
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2027-03-23
Also published as: US20070228314A1; US7413162B2; KR20070098684A; JP2007271080A; CN101046258B; CN101046258A

Description

本発明は、向かい合っている壁を貫通する入口部および出口部と、該入口部を囲むバルブシートとを備えているバルブケースと、真空バルブの開放および閉塞のために軸まわりに回転可能かつ軸方向に移動可能なシャフトに固定された駆動アームに取り付けられ、かつ、該バルブケースの内部空間に収容されたバルブディスクと、該シャフトを回転させるための回転駆動機構を有し、該バルブディスクを、該バルブディスクが該バルブシートに押し付けられている閉位置から、該バルブディスクが該シャフトの軸方向に動くことによって該バルブシートから離反している中間位置を経て、該バルブディスクが該入口部を開放する開位置に駆動可能な駆動装置とを備えている真空バルブに関する。

このような真空バルブは揺動バルブと呼ばれ、さまざまな実施形態が知られている（たとえば、特許文献１参照）。回転可能かつ軸方向に移動可能なスリーブがリンクガイドを通じてバルブケースに連結されている。また、スリーブにはバルブディスクをサポートするサポートアームが取り付けられている。さらに、シャフトの外ネジがスリーブの軸方向に伸びる内ネジに螺着されている。バルブを開くためおよび閉じるために、シャフトの回転によってスリーブがリンクガイドと一緒に作用して軸方向に駆動されかつ回転駆動される。出口部が開設されているバルブケースの円筒空間にはピストンが配置され、それらのピストンロッドがバルブの真空領域において動かされ、閉位置においてバルブディスクをバルブシートに押し付けるタペットが設けられている。これにより閉塞力の向上が図られている。しかしながら、ピストンのサイズが小さいために当該ピストンによる閉塞力が制限される。バルブディスクに作用する差圧およびバルブディスクの大きさに応じて、可能ではあるものの比較的大きな閉塞力が必要となり、現状では当該構成は実現されていない。

また、揺動バルブ方式の真空バルブが知られている（たとえば、特許文献２参照）。揺動可能なアームにベースプレートが取り付けられ、当該ベースプレートによりバルブプレートおよびサポートプレートが保持されている。バルブプレートおよびサポートプレートはピストンシリンダユニットにより、バルブケースの入口部または出口部の軸方向に、ベースプレートに対して変位可能である。バルブプレートが入口部を囲うバルブシートに押し付けられ、かつ、サポートプレートが出口部の一部に押し付けられることにより、真空バルブの密閉状態が実現される。バルブプレートをベースプレートに対して動かすため、ベースプレートにおけるピストンスペースに多数のピストンが設けられている。当該真空バルブの製造コストは総じて比較的高い。また、サポートプレートが省略された実施形態が知られているが、この場合、バルブプレートをバルブシートに押し付けるための閉塞力がアームを介してバルブプレートに伝達されなくてはならない。これにより閉塞力が制限され、あるいは、アームが相応に堅固に構成されなくてはならない。

さらに、その他の揺動バルブが知られている（たとえば、特許文献３参照）。アームに固定されたベースプレートによりバルブプレートが保持され、基礎プレートにはピストンシリンダユニットが設けられ、バルブプレートがピストンロッドに取り付けられている。バルブプレートがピストンによってバルブシートに押し付けられうる。バルブプレートおよびベースプレートの間に閉塞部材が配置され、バルブプレートおよびベースプレートの間の空間に連通する開口部がバルブプレートに設けられ、この開口部を通じてバルブプレートの両側間での圧力調整が可能とされている。当該バルブの製造コストは高く、バルブ開口部の軸方向のサイズが比較的大きい。また、当該公報にはスライド式バルブの実施形態が開示されているが、当該開示によれば、サポートプレートがピストンシリンダユニットによりバルブプレートに保持されている。バルブの閉状態においてサポートプレートがバルブケースの出口部を囲う領域に配置されているストッパに押し付けられている。これによりバルブプレートがバルブシートに押し付けられる。バルブプレートの動きがバルブロッドの弾性によって許可される。閉塞力が比較的小さく、サポートプレートと、サポートプレートおよびバルブプレートの間の空間に連通する開口部との間の差圧が蛇腹シール部材により相殺される。
米国特許公報ＵＳ６，７７６，３９４Ｂ２米国特許公開公報ＵＳ２００４／００７９９１５Ａ１米国特許公報ＵＳ６，５６１，４８４Ｂ２

本発明は、簡単な構造によって強い閉塞力（＝押し付け力）が実現される前記真空バルブを提供することを解決課題とする。

前記課題は請求項１記載の特徴部分を有する本発明の真空バルブによって解決される。

バルブディスクの内部に配置された面積が大きい駆動ピストンにより強い閉塞力が得られ、当該閉塞力がバルブケースにより複数のタペットを介して直接的に伝達される。これにより、簡単な構造と、効率的な力伝達とが実現される。

バネによって駆動ピストンが、複数のタペットがバルブケースに押し付けられる方向に駆動されることにより、圧力媒体によって駆動ピストンが動かされることなく閉塞力が生じる。複数のタペットがバルブケースから離反する方向に、駆動ピストンが付勢されるように設計されていてもよい。二重に作用する、すなわち、圧力媒体によって両側に駆動される駆動ピストンが提供されうる。

本発明の好ましい形態においては、入口部および出口部が円形状に形成され、かつ、同軸に配置されている。また、バルブディスクおよび駆動ピストンは、好ましい形態において同様に円形状に形成され、入口および出口部に同軸に設けられていてもよい。

本発明の真空バルブの実施形態について図面を用いて説明する。

本発明の第１実施形態が図１〜図４に示されている。真空バルブはバルブケース１を備えている。バルブケース１には、バルブケース１の向かい合う壁４、５を貫通する入口部２および出口部３が設けられている。入口部２の中心軸２１および出口部３の中心軸２２は相互に平行に設定されている。本実施形態では、入口部２および出口部３は円形状であり、実質的に相互に同軸かつ直径が同じである。

バルブケース１の内部空間１０には、揺動可能な揺動アーム７に固定されているバルブディスク６が配置されている。揺動アーム７はその側部において、軸９のまわりで回転可能でかつ軸方向に移動可能な状態にあるシャフト８に固定されている。シャフト８の軸９は入口部２の中心軸２１および出口部３の中心軸２２に対して平行に設定されている。

シャフト８は回転／移動機構によってバルブケース１の内部空間１０から外に出される。この回転／移動機構には、たとえばシャフト８の外側シール面に設けられた２つのシールリング１１、１２が設けられている。

真空バルブの密閉状態においてバルブディスク６は、バルブケース１の入口部２を囲むバルブシート１３に押し付けられる。本実施形態では、バルブシート１３がバルブケース１の壁４の内側上面のシール面により構成され、当該シール面に密接するシールリング１４がバルブディスク６に設けられている。なお、シールリングがバルブシート１３に設けられ、かつ、シールリングに密接するシール面がバルブディスク６に設けられてもよい。

後で詳説する駆動装置により真空バルブが開かれかつ閉じられうる。真空バルブの閉状態または密閉状態においてバルブディスク６は閉位置にあり、このときバルブディスク６は駆動装置による閉塞力（押圧力）によってバルブシート１３に押し付けられている（図１参照）。真空バルブを開くため、まず、バルブディスク６がバルブシート１３から入口部２またはシャフト８の軸方向に離される。バルブディスク６がバルブシート１３から離れている一方、（入口部２の軸方向から見た場合に）入口部２がなおも覆われている中間位置が図２および図３に示されている。続いて、シャフト８がその軸９のまわりに回転することにより、バルブディスク６が開位置に動かされ、当該バルブディスク６が入口部２を開放する（図４参照）。バルブを閉じるため、当該過程が反対の順番で実行される。

真空バルブを開くためおよび閉じるための駆動装置は、図１に示されている、シャフト８を回転駆動するための回転駆動機構１５を備えている。本実施形態では、回転駆動機構１５はシャフト８の外側噛合部１８に噛合させられる歯車１７を回転させる駆動モータ１６を備えている。揺動バルブのシャフトを回転させるための、さまざまな形態の回転駆動機構が知られている。

駆動装置は、バルブディスク６の内部空間１９に配置された、圧縮空気によって駆動される駆動ピストン２０をさらに備えている。駆動ピストン２０は内部空間１９において入口部２もしくは出口部３またはシャフト８の軸方向に移動することができる。本実施形態では、駆動ピストン２０は（入口部２もしくは出口部３またはシャフト８の軸方向から見て）円形状に形成され、かつ、出口部３と同軸に配置されている。駆動ピストン２０は出口部３よりも大径である。このため、本実施形態では、駆動ピストン２０は出口部３の中心軸２２を基準として出口部３よりも径方向外側に広がっている。駆動ピストン２０において出口部３よりも径方向外側に広がっている部分には、出口部３に向く側にタペット２３が設けられている。駆動ピストン２０の周縁部分には、駆動ピストン２０の周方向に相互に（特に一定間隔で）離れて複数のタペット２３が配置されている。

出口部３の中心軸２２に平行なまたはタシャフト８の軸９に平行なタペット２３は、真空バルブが開かれるときにバルブディスク６の内部空間１９から外に出され、かつ、バルブプレート６が閉位置にあるときにバルブケース１の壁５における出口部３に近接する領域にその自由端２４を当接させる。

たとえば、タペット２３は先端部に外ネジを備え、駆動ピストン２０の内ネジが設けられた穴（ネジ穴）に螺着されている。

タペット２３は遮断状態を維持しながら内部空間１９から外に出される。当該目的達成のため、たとえば、タペット２３が外に出されるときに通る開口部に、タペット２３の外側シール面に密接するシールリング２５が配置される。

金属同士の接触を回避するため、タペット２３の自由端２４と、バルブケース１においてタペット２３の自由端２４と向かい合う部分とのうち一方または両方に合成樹脂部材が設けられてもよい。

駆動ピストン２０およびバルブディスク６の間に、駆動ピストン２０をその一方の終端位置に向けて付勢するバネ２６が配置されている。駆動ピストン２０をバネ２６の付勢力に抗してその他方の終端位置に動かすため、駆動ピストン２０が空気圧によって動かされてもよい。

駆動ピストン２０を駆動するための圧縮空気は、シャフト８および揺動アーム７を通って伸び、かつ、バルブディスク６の内部空間１９に連通する通路２７を流れる。内部空間１９において通路２７に連通する第１部分空間は、そこからさらに広く、駆動ピストン２０に向かい合う側の部分により密封されている。本実施形態では、さらに、内部空間１９において駆動ピストン２０の環状突出部２８が収容される環状溝が形成され、当該環状溝の壁部分には突出部２８の壁に密接するシールリング２９が設けられている。

バルブディスク６の内部空間１９の第２部分空間は揺動アーム７およびシャフト８を通って伸びる通路３０に連通している。通路３０は大気に連通している。通路３０にポンプが接続されてもよい。大気に連通するまたは空気が吸引される内部空間１９の当該第２部分空間は、圧縮空気がシールリング２９にかかったとき、タペット２３とバルブディスク６との隙間を塞ぐシールリング２５に過剰圧力がかかることを防止する。

バルブディスク６が閉位置にあり、真空バルブが完全に閉じられた状態において、タペット２３はバネ２６の付勢力によって出口部３の近傍部分においてバルブケース１に押し付けられ、これによりバルブディスク６がバルブシート１３に押し付けられる。バネ２６によって閉塞力がもたらされるので、当該閉塞力は相応の強さに設計されている必要がある。

本実施形態ではバネ２６は、バネ２６の力に反してシャフト８およびバルブディスク６に作用する弾性力をもたらすバネ要素３１の力に打ち勝たなくてはならない。

圧縮空気が通路２７を通じて導入されたとき、駆動ピストン２０はバネ２６の付勢力に抗して動かされ、さらにタペット２３がバルブディスク６の内部空間１９に引き戻される。本実施形態ではバルブケース１およびリング３２の間で作用するバネ要素３１がシャフト８を軸方向に動かし、これによりバルブディスク６がシャフト８または入口部２の軸方向に動いてバルブシート１３から離れる。リング３２にはシャフト８が貫通して設けられ、リング３２は回動可能である一方、バルブケース１に連結されることにより軸方向については移動不可能とされている。バルブケース１に取り付けられ、かつ、リング３２に開口部を通して配置されているボルト３４の拡張されたボルトヘッドにより構成されているストッパ３３に到るまで、リング３２はボルト３４の軸方向に移動可能である。バネ要素３１はボルト３４の上に配置されたネジ止めバネの形状に形成されている。

バルブディスク６がバルブシート１３から離れている、当該バルブディスク６の中間位置が図２および図３に示されている。タペット２３はバルブケース１から離れている。

続いて、バルブディスク６を開位置に動かすためにシャフト８が回転駆動機構１５により回転駆動される。バルブを閉めるために逆の過程が実行される。

シャフト８の軸方向への変位によって外部噛合部材１８を歯車１７に噛み合わせる。

シールリング２５の作用によってタペット２３は簡単な方法で貫通して動かされ、これによりタペット２３はバルブディスク６のネジ穴から引き抜かれる。

図５の実施形態によれば、中間位置におけるバルブディスク６が示され、バルブディスク６の内部空間１９の方向にタペット２３を引き戻すようにバネ２６が作用している。バルブディスク６を閉位置に動かすため、通路２７に圧縮空気が導入され、これによりバルブディスク６がバネ２６の付勢力に抗して動かされ、その結果タペット２３が押し出され、出口部３の周辺領域においてバルブケースの内側上面に当接し、かつ、バルブディスク６がバルブシート１３に向かって（図５では省略されているが、シャフト８に作用するバネ要素３１の付勢力に抗して）押し付けられる。

通路３０が大気に連通させられまたは空気が引かれることにより、バルブディスク６の内部空間１９の遮断が、タペット２３の貫通案内の遮断との間で切り替えられる。

図６の実施形態によれば、駆動ピストン２０が対で作用するように形成されている。閉位置および中間位置の間での移動するたび、駆動ピストン２０の両方の円筒空間に連通する通路２７、３０のうち対応するほうに圧縮空気が送られる。

前記実施形態においてはバルブディスク６が鍋底部分３５および蓋部分３６の２つの部分で形成され、両方の部分がたとえばお互いに溶接されている。また、その他の連結態様が可能であり、たとえば、ネジ止めされ、鍋底部分３５および蓋部分３６の間にシールリングが配置される。

揺動アーム７およびバルブディスク６の一部が、たとえば図に示されているようにバルブディスク６の鍋底部分３５が一体に成形されてもよい。また、揺動アーム７およびシャフト８が一体に成形されてもよい。

本発明の技術的思想の範囲から外れない範囲で前記実施形態のさらなる変形が可能である。たとえば、入口部２および出口部３が円形状とは異なる形状であってもよい。バルブディスク６およびその内側に配置された駆動ピストン２０が周囲の輪郭が同じ形状に形成されていてもよい。

また、駆動プレート２０の輪郭が出口部３とは異なる形状とされ、出口部３よりもその中心軸（２２）から径方向外側に広がっている周辺領域を備えている。タペット２３が、駆動ピストン２０において出口部３の軸方向から見たときにバルブケース１の出口部３に連接している壁５に重なっている部分に取り付けられる。

バルブディスクが閉位置にある状態での、バルブケースを通る本発明の真空バルブ（第１実施形態）の断面図バルブディスクが（回転駆動されていないまま）中間位置にある状態での、図１に対応する図３のＡ−Ａ断面線における断面図図２のＢ−Ｂ断面線に沿った断面図バルブディスクが開位置にある状態での図３に対応する断面図本発明の真空バルブ（第２実施形態）の部分断面図本発明の真空バルブ（第３実施形態）の部分断面図

符号の説明

１‥バルブケース、２‥入口部、３‥出口部、４‥壁、５‥壁、６‥バルブディスク、７‥支持アーム、８‥シャフト、９‥軸、１０‥内部空間、１１‥シールリング、１２‥シールリング、１３‥バルブシート、１４‥シールリング、１５‥回転駆動機構、１６‥駆動モータ、１７‥歯車、１８‥外部噛み合せ、１９‥内部空間、２０‥駆動ピストン、２１‥中心軸、２２‥中心軸、２３‥タペット、２４‥開放端、２５‥シールリング、２６‥バネ、２７‥通路、２８‥***、２９‥シールリング、３０‥通路、３１‥バネ要素、３２‥環状部材、３３‥ストッパ、３４‥ボルト、３５‥底部材、３６‥蓋部材

Claims

向かい合っている壁（４）（５）を貫通する入口部（２）および出口部（３）と、前記入口部（２）を囲むバルブシート（１３）とを備えているバルブケース（１）と、
真空バルブの開放および閉塞のために軸（９）のまわりに回転可能かつ軸方向に移動可能なシャフト（８）に固定された駆動アーム（７）に取り付けられ、かつ、前記バルブケース（１）の内部空間（１０）に収容されたバルブディスク（６）と、
前記シャフト（８）を回転させるための回転駆動機構を有し、前記バルブディスク（６）を、前記バルブディスク（６）が前記バルブシート（１３）に押し付けられている閉位置から、前記バルブディスク（６）が前記シャフト（８）の軸方向に動くことによって前記バルブシート（１３）から離反している中間位置を経て、前記バルブディスク（６）が前記入口部（２）を開放する開位置に駆動可能な駆動装置とを備えている真空バルブであって、
前記駆動装置は前記バルブディスク（６）の内部空間（１９）に配置された駆動ピストン（２０）をさらに備え、前記駆動ピストン（２０）は少なくとも前記出口部（３）よりもその中心軸（２２）から径方向外側に広がっている周辺部分を有し、当該周辺部分には前記出口部（３）に向く側に複数のタペット（２３）が設けられ、
前記複数のタペット（２３）は前記バルブディスク（６）の前記内部空間（１９）から外に出され、前記バルブディスク（６）の閉位置において前記出口部（３）の横の領域で前記バルブケース（１）に当接し、前記バルブディスク（６）を前記バルブシート（１３）に押し付け、
前記複数のタペット（２３）は前記バルブディスク（６）を前記閉位置から前記中間位置に動かすために前記駆動ピストン（２０）が動くことにより前記バルブケース（１）から離反可能であり、少なくともバネ要素（３１）が前記シャフト（８）をその軸方向に動かすことによって前記バルブディスク（６）を前記中間位置に動かすことを特徴とする真空バルブ。
請求項１記載の真空バルブにおいて、
前記入口部（２）および前記出口部（３）が円形状に形成され、かつ、相互に同軸に配置されていることを特徴とする真空バルブ。
請求項２記載の真空バルブにおいて、
前記バルブディスク（６）が前記入口部（２）の軸方向から見て円形状に形成されていることを特徴とする真空バルブ。
請求項３記載の真空バルブにおいて、
前記駆動ピストン（２０）が前記出口部の軸方向から見て円形状に形成されていることを特徴とする真空バルブ。
請求項１〜４のうちいずれか１つに記載の真空バルブにおいて、
前記複数のタペット（２３）が前記駆動ピストン（２０）の周辺領域に配置され、かつ、前記駆動ピストン（２０）の周方向に相互に離反していることを特徴とする真空バルブ。
請求項１〜５のうちいずれか１つに記載の真空バルブにおいて、
前記複数のタペット（２３）が外ネジを有し、前記外ネジにより前記駆動ピストン（２０）の内ネジに螺着されていることを特徴とする真空バルブ。
請求項１〜６のうちいずれか１つに記載の真空バルブにおいて、
前記駆動ピストン（２０）が圧縮空気によって作動することを特徴とする真空バルブ。
請求項７記載の真空バルブにおいて、
前記駆動ピストン（２０）がバネ（２６）により終端位置に向かって付勢されていることを特徴とする真空バルブ。
請求項８記載の真空バルブにおいて、
前記バルブディスク（６）の前記内部空間（１９）において、
少なくとも前記バネ（２６）の力に抗して前記駆動ピストン（２０）を動かすために圧縮空気が導入される第１部分空間と、当該内部空間（１９）からその遮断状態を維持したまま前記複数のタペット（２３）が外に出される部分空間との間に、当該圧縮空気が導入される前記第１部分空間から遮断され、通路（３０）を通じて大気に連通されるまたは空気が吸引される第２部分空間が存在することを特徴とする真空バルブ。